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研究生: 陳建豪
Chien-Hao Chen
論文名稱: 不飽和淺層崩積土壤基質吸力預測公式之研究
A Study of Prediction Formula on Matric Suction in Unsaturated Shallow Colluvium Soil
指導教授: 林宏達
Horn-Da Lin
口試委員: 王建智
Chien-Chih Wang
楊國鑫
Kuo-Hsin Yang
拱祥生
Johnson H. S. Kung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2012
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 189
中文關鍵詞: 不飽和崩積土壤基質吸力單變量迴歸多變量迴歸
外文關鍵詞: unsaturated colluvium soil, matric suction, univariate regression, multivariate regression
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  • 國內之崩積土層大多位於降雨強度高的水庫集水區內,此種區域之崩積土層容易因雨水入滲而誘發山坡地崩塌,進而影響人員之生命財產安全。因此,如何防範此種坡地災害,是非常重要之課題。
    本研究目標旨在探討淺層崩積土壤的水文特性和基質吸力預測公式以供坡地防災之用。本研究先彙整余子鳴(2010)及蕭新財(2011)針對石門水庫集水區內砂崙仔崩塌區之不飽和淺層崩積土壤的現地監測結果,包括降雨量、基質吸力、滲透係數、蒸發散量與溫度。然後,以適當的方法建立監測資料之篩選機制並據此選定合宜之監測資料供進一步分析。接著,利用SPSS軟體進行一系列的統計分析,包括敘述性統計分析、相關性分析及迴歸分析。
    研究結果顯示,現地基質吸力的改變主要是受到降雨入滲之影響,並與每場降雨事件之初始基質吸力值有關。一般而言,基質吸力會隨著降雨強度增加而下降,初始基質吸力愈高其下降量越大。單變量迴歸分析結果顯示,使用降雨強度來預測基質吸力變化,對數和雙曲線模式均可得到合理的預測結果,且深度越淺,其準確度越高。多變量線性迴歸分析結果顯示,若能同時考慮降雨強度及每場降雨事件之初始基質吸力值,則可進一步提升預測結果之準確性,其改進程度可達17~31%。


    The colluvium soil slope in Taiwan is widely located in the water catchment area in which high precipitation often occurs. As a result, the stability of slope may decrease due to the infiltration of rainwater in to the colluvium soil. In some cases, the colluvium slope may even fails putting lives and properties at high risk. Therefore, how to prevent such disaster occurring in the slope region is an important issue.
    The objective of this research is to investigate the hydrological characteristics of shallow colluvium soil and establish the prediction formula of matric suction matric suction for the application in slope hazard prevention. This study, first summarized field monitoring results from previous field monitoring works by Yu, (2010) and Hsiao, (2011) at Sha Lun Tsai colluvium soil slope nearing Shihmen reservoir. The studied data include rainfall amount, matric suction, permeability, evapotranspiration and temperature. Then, a data screening mechanism was developed to select appropriate data for further analyses. Subsequently, a series of statistical analyses were conducted using SPSS software, including the descriptive statistical analysis, the correlation analysis, and the regressive analysis.
    The results from this study show that matric suction change in the field are mainly affected by rainfall infiltration. The initial matric suction of each rainfall event is also shown to have much influence on the subsequent matric suction response. In general, matric suction decreases with increasing rainfall intensity and higher initial matric suction results in larger amount of matric suction decrease. Univariate regression analysis shows that when using the rainfall intensity as the variate to predict matric suction change both hyperbolic and logarithmic models can give reasonable results. In addition, the less the depth is, the higher the accuracy is. Moreover, if multivariate linear regression analysis is conducted considering both the rainfall intensity and the initial matric suction of each rainfall event, the accuracy of predictions can be further improved. The improvement can reach 17 to 31%.

    論 文 摘 要 I ABSTRACT II 誌 謝 IV 目錄 VI 圖目錄 XI 表目錄 XV 符號說明 XVIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 研究內容與流程 3 第二章 文獻回顧 5 2.1 不飽和土壤之特性 5 2.1.1 不飽和土壤 5 2.1.2 不飽和土壤基質吸力理論 8 2.1.3 不飽和土壤水分特性曲線 14 2.2 不飽和土壤邊坡之破壞機制 17 2.3 降雨入滲行為對邊坡穩定之影響 19 2.4 不飽和土壤邊坡之監測 22 2.4.1 水文監測 22 2.4.2 位移監測 23 2.4.3 基質吸力 24 2.4.4 滲透係數 28 2.4.5 蒸發散量 30 2.5 迴歸分析理論 32 2.5.1 簡單迴歸分析 33 2.5.2 多元迴歸分析 33 2.5.3 判定係數R2、F檢定統計量及t檢定統計量 34 第三章 現場場址概述及不飽和土壤邊坡量測資料篩選 41 3.1 現地地質描述 41 3.1.1 地理位置 42 3.1.2 地質分佈概況 43 3.1.3 地層構造 45 3.2 自動監測系統配置 47 3.3 不飽和土壤邊坡量測資料彙整 48 3.3.1 降雨量資料 49 3.3.2 基質吸力資料 51 3.3.3 滲透係數資料 53 3.3.4 蒸發散量及溫度資料 55 3.4 監測資料篩選機制及結果 57 3.4.1 資料篩選機制 57 3.4.2 資料分析變數 63 第四章 不飽和監測資料初步特性分析 68 4.1 SPSS統計分析基本概念 68 4.2 敘述性統計 69 4.2.1 敘述性統計原理 69 4.2.2 分析設計 72 4.2.3 分析結果 74 4.3 相關分析 85 4.3.1 相關分析原理 85 4.3.2 相關分析設計 88 4.3.3 相關分析結果 88 第五章 不飽和監測資料迴歸預測分析 94 5.1 迴歸分析設計 95 5.2 線性單變量迴歸分析 98 5.3 非線性單變量迴歸分析 99 5.3.1 對數模式 100 5.3.2 雙曲線模式 109 5.4 線性多變量迴歸分析 124 5.5 預測公式之探討 134 第六章 結論與建議 138 6.1 結論 138 6.2 建議 141 參考文獻 142 附錄 148

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